[发明专利]一种有机硅改性水性异氰酸酯三聚体固化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及水性固化剂，尤其涉及到一种有机硅改性水性异氰酸酯三聚体固化剂，属于环保技术领域。

技术背景

国内外相继制定了严厉的环保法规来限制挥发性有机化合物(VOC) 向大气排放，高性能、环保化已成为涂料发展的方向。水性木器涂料以水为分散介质，生产和使用过程中污染最小，是木器涂料的发展趋势。随着人们环保意识的不断增强，水性木器漆越来越受到市场的欢迎和消费者的青睐。双组份水性聚氨酯涂料更是因为其结合了双组份溶剂型聚氨酯涂料高性能和低VOC含量的优点成为涂料工业研究的热点。

目前，水性木器涂料的主要种类有水性醇酸、水性聚氨酯、水性丙烯酸等。其中双组份水性聚氨酯由于存在硬度高、丰满度高成为行业研究的热点。双组份水性聚氨酯主要由水性羟基组分和多异氰酸酯固化剂组成，选择合适的多异氰酸酯固化剂对于双组份聚氨酯涂膜有着重大意义。用于双组份水性聚氨酯涂料的固化剂分为两类：未改性的多异氰酸酯和经过亲水改性多异氰酸酯固化剂。未改性的多异氰酸酯由于较难与水性羟基组分均匀混合，在水性双组份体系中的应用受到限制。

多异氰酸酯固化剂的亲水改性主要通过化学改性即内乳化法来实现，主要有四种改性方法：非离子改性、阳离子改性、阴离子改性、混合改性。非离子改性一般使用聚醚多元醇进行亲水改性，但在改性过程中需要用到大量的聚醚才能赋予多异氰酸酯较好的水分散性，这会导致最后涂膜干燥时间长，耐水性下降；阳离子改性即是在多异氰酸酯中引入含有阳离子的物质，再中和成盐，但是此方法步骤多，成本高，且阳离子的存在还会促进-NCO与活泼氢的反应；阴离子改性是用含羧基或磺酸基、磷酸基等阴离子基团的羟基树脂进行多异氰酸酯改性，再加入中和剂(如三乙胺、N-甲基吡咯和N-甲基哌啶等)分散于水中；混合改性目前主要采用阴离子和非离子混合改性的方法来制备水性多异氰酸酯固化剂，这个方法结合了非离子和阴离子亲水改性的优点，同时弥补了以上两种改性方法的缺点，但是市场上真正运用的实例不多。综上所述，如何通过内乳化法得到既具有良好水分散性、贮存稳定性的水性聚氨酯固化剂仍是研究的重点。

目前水性聚氨酯固化剂在对多异氰酸酯的选择中，主要包括芳香族和脂肪族两大类。芳香族类的多异氰酸酯固化剂主要有TDI三聚体、TDI-TMP加成物。TDI三聚体具有官能度高、粘度低、较高热稳定性、耐腐蚀性好等众多优点，作为双组份聚氨酯涂料的固化剂，能够使涂膜具有快干、高硬度等优良性能，在快干型亚光漆、亮光漆等品种中获得广泛应用；TDI-TMP也是目前国内外较常用的一种聚氨酯固化剂，它的综合性能强，固化速度适中、贮存稳定好，成膜强度适中及耐热性都较好，主要应用在各种涂装系统的底漆、防腐漆及一般家具的涂装方面。脂肪族类的多异氰酸酯固化剂主要有HDI缩二脲、HDI三聚体，HDI缩二脲具有优良的耐化学性和耐气候性(不泛黄、保光、抗粉化性)，在航空、车辆、船舶等领域中广泛应用；HDI三聚体由于异氰酸脲酯环的存在，在一定的高温下不分解，因此具有热稳定性好、耐磨性好、耐腐蚀好等优点，常作为聚氨酯固化剂被广泛用于家具、汽车工业、航空工业和体育器材等领域中。

芳香族类和脂肪族类多异氰酸酯固化剂因为各自优异的性能作为聚氨酯固化剂而被广泛应用，但是都有一定的局限性。芳香族异氰酸酯由于诱导效应的存在，其-NCO与水反应速度较快，在经过亲水改性后作为水性聚氨酯固化剂使用时水分散性、稳定性差，同时，由于苯环的存在导致芳香族异氰酸酯易于氧化产生黄变；脂肪族多异氰酸酯固化剂的-NCO的活性较低，亲水改性后的固化剂与水反应缓慢，有助于延长适用期，但是脂肪族异氰酸酯所制备的涂膜硬度欠佳，市场价格昂贵，生产成本高。

发明内容

为克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的旨在提供一种有机硅改性水性异氰酸酯三聚体固化剂。

本发明所述的一种有机硅改性水性异氰酸酯三聚体固化剂的结构式如下，其中-Si-O-CH₂CH₃为水性化基团，不但可发生水解反应使本发明的三聚体固化剂乳化或水溶，而且由于水解后的-Si-OH可发生自交联或与较活泼羟基发生交联而起到增强固化的作用；另外三聚体中的异氰酸酯基可与活泼羟基发生交联起主要固化的作用。因此本发明的一种有机硅改性水性异氰酸酯三聚体固化剂易与水性组分均匀混合，可对聚氨酯乳液起交联固化作用，经其配制的双组份聚氨酯具有成膜硬度高、丰满度好、耐磨性好、疏水效果突出的优点。

本发明所述的一种有机硅改性水性异氰酸酯三聚体固化剂的制备方法，包括如下步骤：